Der Windkanal brüllt ohrenbetäubend, und es ist verdammt kalt. Eine entspannte Arbeitsumgebung sieht anders aus, aber Jean-Paul Ballard ist in seinem Element. Als ROADBIKE den Aerodynamik-Experten im GST-Windkanal in Immenstaad am Bodensee besucht, führt er gerade Vergleichsmessungen an verschiedenen Aero-Laufrädern durch. Auf Monitoren leuchten Zahlenreihen und Verlaufskurven. Erklärungsbedürftig, das alles, doch Ballard nimmt sich viel Zeit.
Zur Person:
Jean-Paul Ballard, Jahrgang 1978, studierte Aeronautical Engineering. 14 Jahre lang arbeitete er in der Formel 1 und entwickelte für die Teams BAR, Toyota und BMW-Sauber vor allem die Aerodynamik von Rennwagen. Der begeisterte Radsportler begann früh, sein Know-how auch aufs Rennrad zu übertragen. Seit 2014 führt Ballard hauptberuflich die Firma Swiss Side. Diese produziert Aero-Laufräder und berät Radhersteller, World-Tour-Teams und Athleten in Fragen zur Aerodynamik.
ROADBIKE: Herr Ballard, Sie haben jahrelang als Entwickler in der Formel 1 gearbeitet. Was haben heulende Motoren und der Radsport gemeinsam?
Jean-Paul Ballard: Der Antrieb ist zwar unterschiedlich, aber in beiden Sportarten ist die Aerodynamik von entscheidender Bedeutung. Besonders beim Sauber-Team waren viele Ingenieure aktive und ehrgeizige Radsportler. Zum Spaß haben wir Rennräder und Laufräder im Windkanal getestet. Uns hat überrascht, wie viel Potenzial dort ungenutzt bleibt.
RB: Dabei gibt es doch schon seit Jahren eine Vielzahl von Produkten, die überlegene Aerodynamik versprechen?
Ballard: Das ist zwar richtig, aber vieles wird nur mit dem Marketing-Prädikat Aero versehen, ohne tatsächlich Aero zu sein. Und die meisten Rennradfahrer sind nach wie vor total gewichtsfixiert, aerodynamische Produkte wiegen aber wegen des größeren Materialeinsatzes meist etwas mehr. Selbst Radprofis, die in der Weltspitze mitfahren, greifen eher zum 50 Gramm leichteren Teil als zu einem, das messbar 30 Sekunden schneller macht. Natürlich sind Gewicht und Steifigkeiten auch wichtig. Aber etwas mehr Gewicht macht nicht so viel langsamer, wie bessere Aerodynamik schneller macht.
RB: Aber zumindest in den Bergen ist ein leichtes Rad doch wichtiger als ein aerodynamisches?
Ballard: Das kommt drauf an, wie steil die Berge sind. Bei Radprofis muss die durchschnittliche Steigung mehr als 7,5 Prozent betragen, erst dann sinkt die Geschwindigkeit so weit, dass ein leichteres Rad tatsächlich mehr Watt spart als gute Aerodynamik. Bei Hobbyfahrern liegt dieser Wert bei 4,5 Prozent Durchschnittssteigung. Wenn es sich nicht gerade um eine Bergankunft handelt, profitiert man bei den weniger steilen Abschnitten sowie allen Abfahrten und Flachstücken deutlich von besserer Aerodynamik. Auf die gesamte Distanz gesehen, ist man also auch in den Bergen mit Aero-Ausstattung schneller unterwegs. Selbst im Windschatten eines dichten Pelotons ist gute Aerodynamik von Vorteil, auch dort spart man mehr Energie als der Konkurrent mit schlechterer Aero-Performance. Im Profisport entscheidet dies letztlich über Sieg oder Niederlage.
RB: Warum fahren dann nicht alle "Aero"?
Ballard: Weil das Fahrgefühl eines leichten Rennrads toll ist und viel Spaß macht. Fakt ist aber: Der Luftwiderstand ist und bleibt der größte Feind des Radsportlers, nichts bremst die Fahrt stärker. Wir haben errechnet, dass gute Aerodynamik im Verhältnis vier zu eins wichtiger ist als weniger Rollwiderstand oder geringeres Gewicht. Das ist reine Physik, das kann man messen und reproduzierbar mit Zahlen belegen. Im Windkanal, auf der Bahn, auf der Straße.
RB: Können Sie einmal die wichtigsten Aspekte von Aerodynamik erläutern?
Ballard: Bewegt man sich vorwärts, gilt es unter anderem, den Luftwiderstand zu überwinden. Fahrer und Rad teilen sozusagen die Luft, Fahrtwind und Gegenwind strömen vorbei. Wir sprechen davon, dass sich diese Luftströme anhängen und dann wieder abreißen. Je mehr Verwirbelungen dabei entstehen, desto größer der Luftwiderstand und desto mehr Leistung muss erbracht werden, um vorwärtszukommen. Gegenwind kommt jedoch in den seltensten Fällen genau von vorne, häufiger drückt er in einem bestimmten Anströmwinkel seitlich gegen Fahrer und Rad. Gute Aerodynamik sorgt also nicht nur für eine möglichst geringe Angriffsfläche, sondern lenkt auch Luftströme aus verschiedenen Winkeln möglichst verwirbelungsarm vorbei. Idealerweise lässt sich die vorbeiströmende Luft sogar nutzen, um Vortrieb zu produzieren.
RB: Der sogenannte Segeleffekt?
Ballard: Ja, ein sehr wichtiges Phänomen. Je größer der Anströmwinkel der Luft, desto geringer der Luftwiderstand. Ab einem bestimmten Punkt fungieren Fahrer und Rad wie die Segel eines Bootes – und treiben das Rad voran. Wir sprechen wohlgemerkt immer noch von seitlich anströmender Luft, nicht von Rückenwind! Den größten Effekt haben die rotierenden Laufräder. Sind sie – unter aerodynamischen Aspekten – gut konstruiert, können sie ihren Luftwiderstand auf null reduzieren oder sogar mehr Vortrieb als Widerstand produzieren.
RB: Welche Faktoren beeinflussen denn Luftwiderstand und Luftströme?
Ballard: Der Fahrer macht mit Bekleidung und Helm fast 75 Prozent des Luftwiderstands aus, Rahmen-Set und Laufräder jeweils acht Prozent. Die verbleibenden knapp zehn Prozent gehen auf das Konto von Antriebskomponenten, Lenker, Flaschen, Kabel etc. Daraus kann man zwei Schlüsse ziehen. Erstens: Je tiefer ich sitzen kann, desto aerodynamischer bin ich. Zweitens: Je besser meine Laufräder sind, desto mehr treiben sie mich nach vorne, da die Laufräder für 65 Prozent des gesamten Segeleffekts eines Rades verantwortlich sind.
RB: Von welchen Dimensionen sprechen wir denn hier? Viele Hersteller werben mit Slogans wie "spart bei 45 km/h auf 20 Kilometer 30 Sekunden". Wer nicht gerade Tony Martin heißt, winkt da doch ab, oder?
Ballard: Es ist ein Riesenfehler der Industrie, das Thema Aerodynamik nicht richtig zu erklären. Die Messungen werden tatsächlich oft bei 45 km/h durchgeführt, da hier die Unterschiede gut sichtbar sind. Aber aerodynamische Effekte wirken genauso gut bei geringeren Geschwindigkeiten. Mehr noch: Bei langsameren Geschwindigkeiten ist man zwar insgesamt länger unterwegs, hat prozentual aber mehr Zeit eingespart.
RB: Können Sie das beziffern? Sprechen wir hier von Sekunden? Oder Minuten?
Ballard: Ein Fahrer mit gutem aerodynamischen Set-up kann bei gleicher Leistung auf 100 Kilometer fast zehn Minuten schneller sein als ein Fahrer mit Standardausrüstung. Oder schauen wir uns nur die Laufräder an. Wir haben bei der Ironman-WM auf Hawaii Vergleichsmessungen durchgeführt: Laufräder mit flachen Felgen vs. Aero-Laufräder mit 80 Millimeter Felgenhöhe. Bei durchschnittlich 35 km/h und 180 Watt Leistung spart das Aero-Laufrad auf 40 Kilometer anderthalb Minuten, auf 90 dreieinhalb und auf 180 Kilometer sieben Minuten ein. Bei 40 km/h und 300 Watt wären es noch sechs Minuten. Für Lizenzrennfahrer und Triathleten ist das schon signifikant.
RB: Ein Aero-Laufrad mit 80 Millimeter hoher Felge ist aber für die meisten Rennradfahrer im Alltag keine Option.
Ballard: Natürlich nicht. Da sind 45 bis 60 Millimeter hohe Felgen deutlich besser geeignet, deren Zeitersparnis aber natürlich geringer ausfällt. Eine hohe Felge ist übrigens nicht automatisch auch aerodynamisch! V-Profile etwa, wie sie lange Zeit populär waren, sind nicht besonders windschlüpfig, dafür aber sehr seitenwindanfällig. Überhaupt sind alle Bemühungen um gute Aerodynamik vergebens, wenn sich das Laufrad instabil fährt. Zerrt Seitenwind am Vorderrad, verlässt der Fahrer seine aerodynamische Unterlenkerposition, richtet sich auf, hört vielleicht sogar auf zu treten. Dann habe ich nichts gewonnen, sondern verloren. Also ist die erste Herausforderung, aerodynamische hohe Felgen zu bauen, die unempfindlich gegen Seitenwind sind. Zweite Herausforderung: hohe, aber nicht zu schwere Felgen. Um Gewicht zu sparen, wird viel mit Carbon gearbeitet, was teuer ist und besonders bei Nässe schlechtere Bremseigenschaften bedeutet.
RB: Wo wir gerade beim Thema Bremsen sind: Was bedeutet die Scheibenbremse aus aerodynamischer Sicht?
Ballard: Sie ist definitiv schlechter. Zwar nur ca. zwei Watt, aber sie ist schlechter. Aber wie immer muss man abwägen: Bessere Bremsperformance und damit erhöhte Sicherheit sind wichtige Argumente, weswegen man die schlechtere Aerodynamik in Kauf nehmen kann.
RB: Wie entwickeln Sie ein aerodynamisches Produkt?
Ballard: Die Herangehensweise ist gleich wie in der Formel 1. Der größte Teil der Entwicklung erfolgt mit Computersimulationen, CFD. Beispiel Laufrad: Am Rechner experimentieren wir mit verschiedenen Felgenhöhen, Felgenbreiten, Querschnitten, Speichenzahlen, Designs der Naben, bei jedem erdenklichen Anströmwinkel der Luft. Haben wir eine gute Lösung gefunden, bauen wir Prototypen und testen diese intensiv im Windkanal. Bei Formel-1-Rennwagen gibt es oft große Unterschiede, bei Laufrädern sind die Ergebnisse häufig schon sehr gut. Der letzte Schritt sind dann Real-World-Tests, also auf der Straße. Wenn wir am Computer und im Windkanal errechnet haben, dass ein Produkt die Aerodynamik zum Beispiel um zehn Prozent verbessern soll, wird dies überprüft, auf einer bestimmten Strecke, mit einer bestimmten Wattzahl, im Vergleich mit anderen Set-ups. Äußere Bedingungen kann man normieren, die Endergebnisse auf der Straße dann relativ leicht messen.
RB: Hängen die Ergebnisse auch davon ab, wie gemessen wird, und gibt es standardisierte Verfahren?
Ballard: Unterschiedliche Testanordnungen ergeben naturgemäß andere Ergebnisse, standardisierte Verfahren gibt es nicht. Die Werte, mit denen Hersteller ihre Produkte bewerben, sind also nicht miteinander vergleichbar. Am wenigsten problematisch ist noch die Messgeschwindigkeit, da der Luftwiderstandskoeffizient fast immer konstant bleibt, egal ob ich mit 30 oder 50 km/h messe. Aber Windkanäle und ihre Messeinrichtungen können unterschiedlich konstruiert sein. Und ich kann ein Produkt einzeln messen oder am Rad, mit Fahrer, Beindummy, Ganzkörperdummy oder ohne, mit Tretbewegung oder ohne … Das alles verändert die Werte natürlich erheblich. Es ist wichtig zu wissen, welche Methode für welchen Zweck aussagekräftige Ergebnisse liefert, wie man wiederholbar misst, wie man äußere Einflüsse bewertet und einrechnet, wie man realitätsnahe Bedingungen schafft, wie man die erfassten Daten richtig auswertet und wie man Ergebnisse korrekt auf die echte Welt überträgt. Jeder kann sich ein Klavier kaufen, aber nur wenige können damit schöne Musik spielen. Das Gleiche gilt für Windkanaltests.
RB: Wie testen Sie bei Swiss Side?
Ballard: Wir messen fast immer im GST-Windkanal in Immenstaad am Bodensee, einem offenen Kanal, der Luft von außen ein- und am Testprodukt vorbeisaugt, nicht bläst. Schwankungen bei der Außentemperatur oder Luftfeuchtigkeit können problemlos herausgerechnet werden. Unsere Messgeschwindigkeit beträgt 45 km/h, mit Stichproben darüber und darunter. Als Anströmwinkel der Luft messen wir von plus 20 bis minus 20 Grad. Der Prüfstand ist dynamisch, die Laufräder drehen sich. Wir messen Laufräder sowohl einzeln wie auch im Rad. Wir sind überzeugt, dass wir so die besten Ergebnisse ermitteln – präzise und jederzeit reproduzierbar. Messungen auf der Bahn sind in Ordnung, wenn es um Sitzposition, Helme oder Bekleidung geht. Aber um Laufräder oder Rahmen seriös zu testen, ist die Bahn ungeeignet, da Werte im niedrigen einstelligen Bereich nicht erfassbar und unterschiedliche Anströmwinkel nicht simulierbar sind.
RB: Sind aerodynamische Messwerte überhaupt pauschalisierbar? Hängt beispielsweise die Windschlüpfigkeit eines Laufrades nicht auch von der Rahmenform ab, in der es gefahren wird?
Ballard: Ich habe viel über Aero-Tests gelesen, bei denen Laufräder – je nach Rahmen-Set – unterschiedlich gut oder schlecht abschnitten. Wir haben Vergleichbares bei unseren eigenen Tests nie festgestellt. Natürlich variieren die Messwerte in unterschiedlichen Rahmen, aber nach unseren Erkenntnissen bleibt das aerodynamischste Laufrad immer das aerodynamischste Laufrad, egal in welchem Set-up. Helme und Bekleidung funktionieren auch als Einzelteile und müssen, anders als Zeitfahr-Equipment, nicht zwingend aufeinander abgestimmt sein.
RB: Wie sollte man vorgehen, wenn man die eigene Aerodynamik verbessern möchte?
Ballard: Die effektivste und günstigste Methode ist, wenn man längere Zeit im Unterlenker fahren kann. Damit spart man bis zu 30 Watt. Natürlich kann man eine Sitzpositionsanalyse machen und sich gestreckter und flacher aufs Rad setzen. Man muss aber immer noch genug Kraft aufs Pedal bringen, "Aero" ist bei der Sitzposition also nicht alles. Um tiefere Positionen halten zu können, sollte man regelmäßiges Stretching, Rumpftraining oder Yoga ins Training integrieren.
RB: Und wie groß sind die Zugewinne über das Material?
Ballard: Das kommt natürlich immer darauf an, was zuvor montiert war. Laufräder versprechen, was das Material angeht, insgesamt die größte Zeitersparnis, und ein Rennrad hat man in der Regel ja auch schon. Gute Aero-Helme können zehn Watt einsparen. Aber bitte die Riemen eng am Kopf führen, viel zu oft flattern die rum, sind wenig aerodynamisch, und im schlimmsten Fall bleibt der Helm bei einem Sturz nicht dort, wo er hingehört. Trikots sollten natürlich eng anliegen und an den Armen nicht zu kurz sein, das ist aerodynamischer als nackte Haut. Wer größere Investitionen nicht scheut, spart mit einem guten Aero-Rahmen bis zu 30 Watt. Wichtig ist: Man kann die Aerodynamik schon verbessern, wenn man nur ein einziges Teil tauscht. Die größten Zugewinne bringt aber natürlich eine professionelle Analyse, die von der Sitzposition über das komplette Rad bis zur Bekleidung alles aerodynamisch optimiert.
RB: Was ist das kleinste Detail, auf das ich achten kann?
Ballard: Ein Laufrad ist nur in Verbindung mit dem passenden Reifen richtig aerodynamisch. Entscheidend dabei ist das Reifenprofil. Es muss die anströmende Luft ohne viele Verwirbelungen auf die dem Luftstrom abgewandte Seite herüberführen, damit dieser dort das Laufrad antreiben kann – Stichwort Segeleffekt. Ist der Reifen glatt, ohne Profil, reißt der Luftstrom ab, der Luftwiderstand steigt stark an. Es gibt Reifen, deren Profil aus aerodynamischer Sicht sehr gut ist. Ich bin mir aber ziemlich sicher, dass das Glückstreffer sind und Aerodynamik nicht erklärtes Entwicklungsziel war. Der gleiche Hersteller hat nämlich Zeitfahrreifen im Programm, die zwar vielleicht leichter rollen, aber komplette Slicks sind …
RB: Und wie kontrolliere ich als Laie, ob ich meine Aerodynamik verbessern konnte?
Das kann im Prinzip jeder, der über eine Leistungsmessung am Rennrad verfügt. Man nimmt sich einfach eine bestimmte Strecke, im Idealfall flach und ohne viel Verkehr. Dann fährt man mit konstanter Leistung, einmal mit Ausstattung X und einmal mit Ausstattung Y. Am Ende vergleicht man die Zeiten. So kann man natürlich keine Unterschiede im Ein-, Zwei-Watt-Bereich feststellen. Aber fünf Watt und mehr werden so sichtbar.
RB: Bitte nehmen Sie Stellung zur folgenden fiktiven Aussage: "Meine Aerodynamik ist schlecht? Umso besser, dann bin ich länger unterwegs."
Ballard: (lacht) Das kann ich nachvollziehen. Als Hobbysportler fahre ich selbst in erster Linie Rad, um Spaß zu haben und etwas für meine Gesundheit zu tun. Andererseits ist meine Zeit begrenzt, ich möchte sie bestmöglich nutzen. Wenn ich wegen überlegener Aerodynamik 65 Kilometer fahren kann statt nur 60, kann das ein Vorteil sein. Und wie fast alle Hobby-Radsportler nehme ich auch hin und wieder an Rennen oder besonderen Events teil. Da macht es mir schon Spaß, auf gutem Material zu sitzen und zu wissen, es wird so wenig wie möglich von meiner Energie vergeudet, und am Ende kommt auch das bestmögliche Ergebnis heraus.
